TSI8130自動濾料測試儀測定濾料瞬時壓降和瞬時穿透率試驗(yàn)初探

張成 陜西省醫(yī)療器械檢測中心 （西安 710075）

濾料的瞬時壓降和瞬時穿透率是評價材料過濾性能的重要參數(shù)。檢測瞬時壓降和瞬時穿透率的原理是：在一定空氣流量下，用規(guī)定濃度和粒度分布的顆粒穿透過濾材料，測定過濾前后顆粒物的濃度以及壓降的變化，計(jì)算得出瞬時壓降和瞬時穿透率。目前國內(nèi)測定瞬時壓降和瞬時穿透率的設(shè)備主要是TSI8130自動濾料測試儀。該設(shè)備屬于專用設(shè)備，國家沒有計(jì)量規(guī)范，為了保證該設(shè)備性能處于良好狀態(tài)，國家組織了該設(shè)備的比對試驗(yàn)。我中心參加了該比對試驗(yàn)，結(jié)果為滿意。在開展比對試驗(yàn)過程中，我們發(fā)現(xiàn)了一些問題，現(xiàn)報(bào)道如下。

1. 儀器及實(shí)驗(yàn)材料和試劑

1.1 儀器

TSI8130自動濾料測試儀（美國TSI）；8118A氣溶膠發(fā)生器（美國TSI）； BP211D分析天平（德國Sartorius）； SIMS50000個人型純水器（美國MILLIPORE）；孔口夾具，孔口內(nèi)徑為114.3mm。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料和試劑

氯化鈉為分析純；標(biāo)準(zhǔn)試紙（TSI公司提供）；專用紅線玻纖測試濾料（3M美國濾料實(shí)驗(yàn)室提供）。

2.試驗(yàn)前的準(zhǔn)備

2.1 2 %氯化鈉溶液的配制。稱取氯化鈉約20.0g，定容至1000ml即得。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)試紙的測試

調(diào)節(jié)鹽霧發(fā)生器壓力為30PSI，稀釋氣體流量為70L/min，30min后點(diǎn)擊屏幕上的TESTER SETUP，根據(jù)屏幕提示關(guān)閉夾持器。轉(zhuǎn)動流量調(diào)節(jié)開關(guān)使流量為85L/min； 點(diǎn)擊設(shè)備CONTINUE SET UP，數(shù)秒后，夾持器自動打開。將標(biāo)準(zhǔn)試紙放在夾持器上，測定其壓降和穿透率。對照儀器說明書1～5層試紙的數(shù)據(jù)，由相應(yīng)的壓降查出對應(yīng)的透過率，其數(shù)值應(yīng)當(dāng)在中間曲線附近，不超過上下兩條曲線。本次測試第1層試紙的測試壓降為25.1mmH2O，瞬時穿透率為12.1%，對照儀器說明書當(dāng)測試壓降為25.1 mmH2O，瞬時穿透率應(yīng)為11.0%～18.3%之間；第2層試紙的測試壓降為50.3mmH2O，瞬時穿透率為2.05%，對照儀器說明書當(dāng)測試壓降為50.3 mmH2O，瞬時穿透率應(yīng)為1.95%～2.97%之間；第3層試紙的測試壓降為75.0mmH2O，瞬時穿透率為0.430%，對照儀器說明書當(dāng)測試壓降為75.0 mmH2O，瞬時穿透率應(yīng)為0.405%～0.687%之間；第4層試紙的測試壓降為97.2mmH2O，瞬時穿透率為0.106%，對照儀器說明書當(dāng)測試壓降為97.2 mmH2O，瞬時穿透率應(yīng)為0.102%～0.184%之間；第5層試紙的測試壓降為125mmH2O，瞬時穿透率為0.018%，對照儀器說明書當(dāng)測試壓降為125mmH2O，瞬時穿透率應(yīng)為0.016%～0.425%之間；上述結(jié)果表明1～5層標(biāo)準(zhǔn)試紙的測試結(jié)果均符合規(guī)定要

2.3 氣溶膠濃度的測試

調(diào)節(jié)鹽霧發(fā)生器壓力為30PSI，稀釋氣體流量為70L/min，選擇FLOW ADJUSTMENT方式，關(guān)閉夾持器。轉(zhuǎn)動流量調(diào)節(jié)開關(guān)使流量為50L/min；打開夾持器；將試紙稱重后放在夾持盤上，將夾持盤放在夾持器上，40～60分鐘后打開夾持器，再次稱重。依據(jù)公式C=（W1－W0）/（F×T/1000）（其中C為氣溶膠濃度，mg/m3；F為自動濾料測試儀流量，LPM；T為測試時間，min； W0為標(biāo)準(zhǔn)濾紙質(zhì)量，mg； W1為經(jīng)歷時間T后稱量標(biāo)準(zhǔn)濾紙的質(zhì)量，mg）計(jì)算氣溶膠濃度。濃度應(yīng)在15mg/m3～25mg/m3。本次測定氣溶膠的濃度為21.89mg/m3。結(jié)果表明氣溶膠濃度滿足試驗(yàn)要求。

2.4 設(shè)備參數(shù)的設(shè)置

霧化壓力：30PSI；稀釋流量：70PLM；夾具壓力：60PSI；采樣時間：4S；平衡時間：15S；吹掃時間：3S。

3.濾料的測試

3.1 CF（光度計(jì)相關(guān)因子）值的測定

將自動濾料測試儀的流量調(diào)至80PLM ±0.5PLM，在不放濾料的狀態(tài)下，對儀器進(jìn)行初始化，結(jié)果CF值應(yīng)為10～30之間；本次測定CF值為15.25。結(jié)果表明光度計(jì)相關(guān)因子滿足要求。

3.2 100%穿透率的測試

將濾料測試儀的流量調(diào)至80PLM±0.5PLM，測試100%穿透率，測試范圍應(yīng)為95%-105%之間，本次測定值為100.1%，結(jié)果表明100%穿透率時設(shè)備性能良好。

3.3 專用紅線玻纖測試濾料（以下簡稱測試濾料）的測試

取第一張測試濾料，把它平展地夾在兩個孔口夾具的正中間（作為“No.1濾料”），把中間夾著濾料的孔口夾具，小心地放在濾料測試儀的夾具中間，務(wù)必將濾料的粗糙面朝向氣溶膠進(jìn)氣的方向。關(guān)閉濾料測試儀的夾具，對瞬時壓降和瞬時穿透率進(jìn)行測試。記錄流量、瞬時壓降和瞬時穿透率。

表1. 流量、瞬時壓降、瞬時穿透率測試結(jié)果

圖1. 瞬時壓降和濾料層數(shù)關(guān)系

圖2. 瞬時穿透率和濾料層數(shù)的關(guān)系

從濾料測試儀夾具上移下夾持濾料的孔口夾具。小心地將上層夾具移除，并在“No.1濾料”上平展地放置一張新的“No.2濾料”，同時將No.2濾料粗糙面朝向氣溶膠進(jìn)氣的方向。關(guān)閉濾料測試儀的夾具，對No.2和No.1濾料組成的兩層濾料的瞬時壓降和瞬時穿透率進(jìn)行測試。記錄流量、瞬時壓降和瞬時穿透率。

在測試完“No.2和No.1濾料”組合后，在兩張濾料上在放置“No.3濾料”，此時孔口夾具內(nèi)依次疊加了三張濾料。關(guān)閉濾料測試儀的夾具，對三張濾料的瞬時壓降和瞬時穿透率進(jìn)行測試。記錄流量、瞬時壓降和瞬時穿透率。

在測試完三層濾料后，在孔口夾具內(nèi)再放入“No.4濾料”，關(guān)閉濾料測試儀的夾具，對四張濾料的瞬時壓降和瞬時穿透率進(jìn)行測試。記錄流量、瞬時壓降和瞬時穿透率。

重復(fù)上述步驟，直到孔口夾具內(nèi)共有15層濾料，記錄流量、瞬時壓降和瞬時穿透率。測試結(jié)果見表1。

3.3 結(jié)果分析

3.3.1 瞬時壓降和濾料層數(shù)的關(guān)系

以瞬時壓降為縱坐標(biāo)（y），濾料層數(shù)為橫坐標(biāo)（x），繪制工作曲線（見圖1），計(jì)算回歸方程：瞬時壓降y=7.4439 ＋ 1.3552，r為 0.9999（n=15），結(jié)果表明在測試流量穩(wěn)定情況下，從1層濾料到15層濾料，隨著濾料層數(shù)的增加，瞬時壓降和濾料層數(shù)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系。

3.3.2 瞬時穿透率和濾料層數(shù)的關(guān)系

以瞬時穿透率為縱坐標(biāo)（y），濾料層數(shù)為橫坐標(biāo)（x），繪制工作曲線（見圖2），表明在測試流量穩(wěn)定情況下，從1層濾料到15層濾料之間，每增加一張濾料，瞬時穿透率大約降低二分之一，隨著濾料層數(shù)增加到14～15層時，瞬時穿透率達(dá)到了0.010%，以濾料的過濾效率計(jì)算就達(dá)到了99.99%。結(jié)果表明要使此種濾料的過濾效率達(dá)到100%，濾料的層數(shù)至少需要14層。

3.3.3 瞬時穿透率和瞬時壓降的關(guān)系

以瞬時穿透率為縱坐標(biāo)（y），瞬時壓降為橫坐標(biāo)（x），繪制工作曲線（見圖3），表明在測試流量穩(wěn)定情況下，從1層濾料到15層濾料之間，每增加一張濾料，瞬時壓降呈現(xiàn)線性增加；隨著瞬時壓降的增加，瞬時穿透率大約降低二分之一。隨著濾料層數(shù)增加到14層，瞬時壓降增加到105.4mmH2O時，瞬時穿透率達(dá)到了0.013%，以濾料的過濾效率計(jì)算就達(dá)到了99.99%。結(jié)果表明瞬時壓降隨著濾料層數(shù)的增加呈現(xiàn)線性增加；而瞬時穿透率隨著濾料層數(shù)的增加，呈現(xiàn)非線性降低，過濾效率呈現(xiàn)非線性增加。要使此種濾料的過濾效率達(dá)到100%，濾料的層數(shù)至少需要14層。

圖3. 瞬時穿透率和瞬時壓降的關(guān)系

4.討論

4.1 關(guān)于平衡時間的考察

在試驗(yàn)過程中，我們分別對平衡時間為5S、10S、15S、20S進(jìn)行了考察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)平衡時間為15S時，設(shè)備的讀數(shù)相對穩(wěn)定，故將平衡時間設(shè)定為15S。

4.2 關(guān)于氣溶膠濃度

為了使氣溶膠濃度保持在一定的濃度范圍，2%氯化鈉溶液每隔6至8小時，需要添加一次；每20至24小時更換一次。停機(jī)時間在5min以內(nèi)，再開機(jī)后無需等待即可進(jìn)行測試。超過5min，需等待加熱30min后進(jìn)行測試。

4.3 關(guān)于設(shè)備的管路

設(shè)備的管路污染，是影響測試結(jié)果的重要因素之一，建議在每次做完試驗(yàn)后，使用水對設(shè)備的管路進(jìn)行數(shù)次清洗，以保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

4.4 關(guān)于設(shè)備的保養(yǎng)

較長時間不使用設(shè)備時，建議將鹽霧發(fā)生器用水清洗，晾干后放置；儀器使用一段時間后，打開油水分離器下的放水閥，放出積存的水。

以上是我們使用TSI8130自動濾料測試儀測定濾料瞬時壓降和瞬時穿透率比對試驗(yàn)檢測過程中，所發(fā)現(xiàn)的一些問題，歡迎各位同行提出寶貴意見。

[1] 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).GB19082-2009《醫(yī)用一次性防護(hù)服技術(shù)要求》.

[2] 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn).GB19083-2010《醫(yī)用防護(hù)口罩技術(shù)要求》.